空間大跨度索托結構鋼結構體育館的結構體系與施工技術[摘要]：通過北京蘆城體校曲棍球訓練館鋼結構工程的實踐，介紹了其建筑形式，結構設計體系和主要的節點形式。同時研究了該工程鋼結構的安裝方案及預應力張拉方案，包括安裝胎架的設置、張拉控制原則和分級張拉過程有限元仿真分析。[關鍵詞]：索托結構鋼結構設計安裝預應力張拉Large-spanCable-supportedStructureAppliedinStadiumStructuralSystemandItsConstructionMethod[Abstract]ThroughtheBeijingLuChengPhysicalEducationSchoolHockeyTrainingBuilding,theessayintroducesthebuildingtype,structuralsystemandmainconnectiontypes.Inmeantime,theinstallationmethodandpre-stressstretchingplanarealsodiscussedincludingtheinstallationtemplateplatform,stretchingprincipleandfiniteimitatinganalysisofthestretchingprocedureinsteps.[Keywords]Cable-supportedStructure;StructuralDesign;Installation;Pre-stressStretching目前國內外超大跨度結構僅有斜拉和懸索結構兩種，且都存在若干缺點。而索托結構因其斜索效率大大改善，受力合理，較斜拉結構節省了50%以上的索錨頭，提高了索的可靠性，索對結構梁的支承不是采用“拉”、“吊”的連接方式，而是采用“托”的方法，使連接的可靠性大大增加。索托結構中的塔高較斜拉結構要低得多，索托結構的塔高僅為跨長的1/8～1/12，降低塔高近3倍。增加結構側向剛度近27倍。索托結構是采用多根托索，超靜定次數多，即使某一、兩根受力索失效，結構也不會坍塌，可靠性高，下面對其結構設計形式和施工技術做一簡要介紹。1、工程概況1.1鋼結構工程介紹北京蘆城體校曲棍球訓練館工程位于北京大興區黃村鎮（蘆城體校內），是由北京市蘆城體育運動技術學校投資新建，由我司負責現場鋼結構的安裝（如圖1所示）。本工程采用索托結構是我國具有自主知識產權的新型結構，是一種極具推廣價值的新型索結構。圖1：北京蘆城體校曲棍球訓練館工程本工程屋頂鋼結構為跨度75米的梭形鋼架索托結構，部分為單層拱殼輔助用房。訓練館工程在①軸—eq\o\ac(○,8)軸，eq\o\ac(○,A)軸—eq\o\ac(○,N)軸的位置，平面長度102m，寬度105m，建筑面積為10710m2。主體為鋼框架結構，包括格構柱（GGZ-1）、抗風柱（KFZ-1、2）、主桁架（ZHJ-1）、玻璃幕墻連接桁架（QHJ）、懸臂梁（XBL），如圖2所示：抗風柱KFZ主桁架ZHJ懸臂梁XBL格構柱GGZQHJ抗風柱KFZ主桁架ZHJ懸臂梁XBL格構柱GGZQHJ圖2：北京蘆城體校曲棍球訓練館工程軸測圖1.2索托結構介紹本工程共有8榀主桁架，每榀主桁架設置兩根Φ80拉索，布置形式為折線（如圖3）。轉向采用索鞍座（如圖4），索與鋼桁架之間采用索夾固定，防止索振顫（如圖5）。鋼索采用扭絞形平行鍍鋅鋼絲束，鋼絲強度為1670N/mm2,外包PE，索頭采用冷鑄錨，設計初始預拉力為1000KN。圖3：北京蘆城體校曲棍球訓練館工程立面圖圖4：索鞍結構示意圖圖5：索托結構示意圖依扔圖攝6惱：拉索錨頭裝誤置加2每、皆主桁架的吊裝鍛晚紀根據本工程現呈場條件商及結構宰特點，工先安裝格構柱冰，然后安裝主著桁架，每兩榀忠主桁架安裝完脅畢后，馬上安園裝次桁架，以宗便形成穩定的拒空間結構體系澆?？紤]到現場椒主桁架拼裝及奇倒運的便利性刻，主桁架安裝此的順序是從一翻側向另一側進考行，即從eq\o\ac(○,羨H零)闊軸線向eq\o\ac(○,旗A袍)均軸線推進。灌由于主桁架長芹度大，吊裝過薪程中易發生變蹦形，決定對主幅桁架分二段進親行吊裝。欣主桁架分段后宅的重量孩為住8.而3英噸，則選用一守臺濃5季0排噸汽車吊進行猛吊裝就位鐘，謝吊裝示意圖戀如葡圖井7寨、黨圖恢8邪所示負：丑安裝順序安裝順序頌圖祝7構：海主桁架吊裝平掩面示意圖臨時加固桿件臨時加固桿件Φ108×4想害靜圖潮8絨：無主桁架吊裝立鏟面示意圖3、拉索安裝語3.1串拉索張拉的先鼓序工作雅拉索正式張拉腐前，應完成以公下工作：或（撓1殿）根據鋼結構華安裝方案和拉息索施工方案，營進行施工過程鮮的勇細化分析，掌耀握施工過程的丹結構狀態和結村構特性，為拉皺索施工提供參性數（如拉索施系工張拉力），僵為施工監測提衡供理論參考值鄉，確保施工安雖全。挪（浴2脈）本所有結構安裝做完畢，且構件鼓之間以及支座鑄連接就位。偷（撤3接）領直接和斜索的荒節點，其空間鋪坐標精度需嚴筆格控制。節點柳上與索相連的膜耳板方向也應簡嚴格控制，以順免影響拉索施猛工和結構受力松。蕉（雪4水）壩拉索張拉設備氣須配套標定。工千斤頂和油壓廳表須每半年配容套標定一次，夜且配套使用。慕標定須在有資舞質的試驗單位質進行。里3.約2短張拉順序8熊張拉順序的原恢則為：對稱和老均勻。本工程頃共有夸16掀根拉索，寨采取對稱張拉餅的方法，拘張拉順序從中獄間向兩側進行瀉，如圖右9旦所示：866442211335577胃圖煌9旱：拉索張拉順揚序示意圖銜單根拉索囑張拉分級程序涉拉索同步張拉響，泡為保證同步，頂張拉寨分罩5躺級：倉0敬%盯—掛>25約%艦—多>50規%爬—彩>70佳%針—扛>90漆%踐—械>100扣%瀉。贈張拉時油壓應蔽緩慢、平穩，辦并且邊張拉邊卸擰緊調節套筒恨。鞭3.塊3劃拉索張拉機具販張拉機具包括吳：張拉設備和叨工裝等。奧張拉設備采用寧液壓千斤頂、屑油泵、油壓表友和油管等，其于中液壓千斤頂寇和油壓邁表配套標定。燦圖工1沸0述：臂張拉設備圖價每個張拉點采疾用一套工裝、姜兩臺液壓千斤度頂（并聯）、茅一臺油泵、一張個進油油壓表晉、一個回油油槐壓表、一個三鬧通、若干油管埋等。候由于每個張拉務點采用兩臺千震斤頂并聯，因蟲此并聯的兩臺表千斤頂須與油翁壓表進行配套校標定，并配套上使用。張拉設凡備在有資質試少驗單位的試驗趟機上進行標定都，千斤頂與油姻壓表配套校驗同，并作主被動便標定。標定數套據的有效期警在督6卵個月以內。悟正式張拉前，蠟張拉設備和工絨裝等輔助設備奶全部準備及加饒工到位運至現卸場。張拉時，纖服從統一指揮津，按張拉給定病的控制技術參城數進行精確控別制張拉。內選用千斤頂的協主要技術參數蝦表凝（臉表悠1振）院型號你公稱張拉力碧kN彈公稱油脫壓遍Mp嗎a躍穿心孔徑蘭mm馳張拉行程舌mm棚主機質量鞭kg序千斤頂長度牌備注氧YCW200馳B雖1998優53賣φ授120嗓200讀135梨382湯用于施工張拉袋力低艱于徐400T森YCW100銹B維1000萬51柳φ邊78酸200放65繭370姜用于施工張拉抽力低巖于肝200T幫3.屑4特拉索張拉控制目項目辟拉索張拉控制衫項目包括：索命力和結構變形傳，其中結構變佛形包括更主桁架傲的豎向和水平素變形。其中以卵索力為主要控額制項目，而結牽構變形為一般堪控制項目。座3.5得腫張拉監測監測內容暖在整個施工過永程中，應對索燈力和結構幾何帆尺寸（變形）鉗加以控制。因應此，現良場預應力施工耍測試主要是兩沈大部分：索力涉測試和結構變爆形測試。其中日結構變形監測避內容包括匯主桁架暫的豎向和水平直變形捕3.5危.2難堡聰監測方法和設矩備蜂（爽1蜘）拉索索力監裹測褲目前索力測試每方法主要有千臥斤頂法、壓力筑傳感器法、頻剛率法、磁通量系法等等，各種塔測試方法適用評性不同。戒考慮到汽體校澡建成后的維護待和管理以及施冰工簡便等因素加，本工程擬采城用千斤頂加載癥法和頻率法準頌確測試纜索索邀力，達到安全噸合理施工目的遺。起①囑對于正在張拉貌的拉脈索分—目—叼千斤頂法依由于千斤頂的紛張拉力與油缸樓中的液壓有直慈接的關系，利概用千斤頂油壓腫面積一定時，驅油缸中的液壓非與千斤頂的張慢拉力成比例這罵一原理，將油玩壓表讀數換算么成千斤頂的張鼠拉力。在纜索虛索頭安裝張拉乒機具，逐級緩判慢加載直至纜決索的調節裝置蓄可以旋動，此替時的千斤頂張砍拉力即為纜索今索力。超該方法需要把偷千斤頂和油壓抄表配套標定以掌及制作與纜索矩索頭匹配的大脊型工裝，且加橫載過程必須始未終保持纜索不爆松弛，保證結絞構安全。中圖征1技1搜：搖千斤頂加載法塊現場照片安②血芹對于已張拉的粘拉咽索碼—晶—朋頻率法巷利用附著在纜跨索上的精密無焰線加速度傳感柜器，采集纜索脊在環境激勵或曾人工激勵下的疤振動信號，經市過濾波、放大貴和頻譜分析，虎再由頻譜圖確疑定纜索的自振軌頻率，然后根兆據自振頻率與途索力的關系確代定索力。用頻曠率法測試索力全，設備可重復鈔使用?，F有的凱儀器及分析手最段，測試頻率扁的精度可以達撇到襲0.001H戰z哪。只要準確建那立索力和頻率兼的對應關系，未利用頻率法測積索力便可達到羊很高的精度。械該法測試索力葛具有操作簡單幕、費用低和設頃備可重復利用俘的優點。財該方法應用于臺本工程的最大屋難點在于準確吧建立索力和頻界率的對應關系柜。不同于橋梁嘉結構，本工程象纜索一端連接熱固定鋼屋蓋，戒一端連接鋼拱優，纜索之間相遷互影響較大，洋索端視為彈性帝支承，必須考己慮整體結構頻狼率與單索頻率懷的耦合。熟因此，采用二斬級標定程序。仿首先，在制索亂單位，在拉索要預張拉時標定猴索力－頻率關癥系，此時拉索吸兩端固定，索壘力值由試驗加牌載設備直接讀襖??；然后，在獄張拉現場，對距正在張拉的拉棗索再次進行索嫂力－頻率標定停，此時拉索參劉與結構中，兩暗端為彈性支座包，索力值由液需壓千斤頂的油辦壓表讀取。潑圖逐1誠2敲：代無線加速度傳狼感器測試照片瑞（霸2已）結構變形監馬測次結構變形是結兆構受力下的總誓體反應。監控尼預應力張拉過挽程中結構的變期形狀況，可間境接了解結構特飲性、驗證理論乳分析、把握整移體結構的施工薪質量等。沈全站儀是目前堤在大型工程施脹工現場采用的耀主要的高精度也測量儀器。全狡站儀可以單機刪、遠程、高精蓮度快速放樣或刃觀測，并可結飽合現場情況靈秘活地地避開可羞能的普各種干擾。播施工測量控制桃網是施工放樣攜和施工中變形避測試的基準，敘為了確保測量婆精度，一般需渣要在原有控制哲網的基礎上進扎行網點加密，抹并對其進行嚴擠密平差及定期帽復測。高程控惠制網的兩端必次須進行水準校吼測，以保證兩早端高程的統一籌。高程控制網欠的布設應與平領面控制網的布盟設同時進行，名采用全站儀時立放樣用的主要逝平面控制點應賓納入高程控制躍網，統一聯測攔平差。高程控闊制網的基本網納和加密網精度根保持一致，其查精度根據規范企確定。復測精糞度與建網精度駕相同。威為保證施工放誦樣或觀測的精晚度和速度，對屢放樣或觀測的宋主要控制點應長設強制對中固擦定觀測墩座；托對于其它控制攜點也應盡量設事強制對中固定哭標志桿，以便姜于精確照準。式采用全站儀可賊直接由控制點號進行三維放樣絮，可達到很高甩的精度效果。配4匠、預應力拉索摸張拉百仿真計算搏4貪.1爹計算模型的建盾立廊考慮到本工程畝的重要性和復厘雜性，我們域采敲用寒MIDAS煙Inform候ation塔Techno指logyC畜o.,Lt支d且公司的通用有喬限元分析軟翼件銹MIDAS/彩GenVe循r.叮，整體模型如界圖丸9終所示：昂圖薦1土3編：爪MIDAS防中的耳整體猛模型控4密.爽2墳預應力張拉仿套真分析蜻撐捆對懼于預應力鋼結貼構來說，在預材應力施工過程物中，結構的形子狀和內力分布福不斷發生變化堵。為了驗證張搭拉方案的合理夸性并保證結構勿在施工過程中冰的穩定，需要劑對拉索張拉過日程中進行精確但的模擬計算揚。怨鐘4跌.室2鋪.1路第=1\*ROMAN散I矮級張拉（張拉齒至忘90襲%撿初始預張力）膝圖搜1嘩4犬：結構變形值評（拼mm膛）曬蒼汪判煤圖荷1養5讓：桁架桿件軸旦力萄（趟KN鋤）構脈圖版1音6體：拉索索力迫（期KN蘇）繁亦葛圖迎1馬7鉛：桿件應力比難4爺.4.2篇第=2\*Arabic地2沈級張拉（張拉拉至靠100暗%床初始預張力）懼圖遣1仔8饒：結構變形值合（澆mm皆）字壺少店惜圖逗1殿9揀：桁架桿件軸主力頃（準KN宰）工圖粉20諷：拉索索力匙（析KN捆）探伶偷聚綠圖疲21買：桿件應力比裂在施工現場對督拉索張拉過程摘進行實時監測催，所得數值基焰本與仿真分析此理論值秧相吻合奇。封5、結語堆我國空間結構太的迅速發展，愿索托結構這一鞏新型結構體系寄在建筑鋼結構逝中的應用越來服越多，對索托